关于工业机器人的位置控制

1. 关节轴控制原理

焊接机器人图片

绝大多数工业机器人采用关节式运动形式，很难直接检测机器人末端的运动，只能对各关节进行控制，属于半闭环系统，即仅从电动机轴上闭环。

目前，工业机器人基本操作方式多为示教再现。示教时，不能将轨迹上的所有点都示教一遍，一是费时，二是占用大量的存储器。

依据机器人运动学理论，机器人手臂关节在空间进行运动规划时，需进行的大量工作时对关节变量的插值计算。插补是一种算法，对于有规律的轨迹，仅示教几个特征点。例如，对直线轨迹，仅示教两个端点（起点、终点）；对圆弧轨迹，需示教三点（起点、终点、中间点），轨迹上其他中间点的坐标通过插补方法获得。实际工作中，对于非直线和圆弧的轨迹，可以切分成若干个直线段或圆弧段，以无限逼近的方法实现轨迹示教。

2. 插补方式

（1）定时插补 每隔一定时间插补一次，插补时间间隔一般不超过25ms。

（2）定居插补 每隔一定距离插补一次，可避免快速运动时，定时插补造成的轨迹失真，但也受伺服周期限制。

3. 插补算法

（1）直线插补 在两示教点之间按照直线规律计算中间点坐标。

（2）圆弧插补 按圆弧规律计算中间点。

4. 弧焊机器人编程技术

（1）示教编程 示教编程是目前工业机器人广泛使用的编程方法，根据任务需要，将机器人末端工具移动到所需的位置及姿态，然后把每一个位姿连同运行速度、焊接参数等记录并存储下来，机器人便可以按照示教的位姿再现。示教方式有两种：

1）手把手示教（早期的机器人采用）。

2）示教盒示教（目前的机器人多采用）。

示教编程的优点是不需要预备知识和复杂的计算机装置，方法简单、易于掌握。而它的缺点是占用生产时间，难于适应小批量、多品种的柔性生产需要；编程人员工作环境差、强度大，一旦失误，会造成人员伤亡或设备损坏；编程效率低。

（2）离线编程 在算计机中建立设备、环境及工件的三维模型，对虚拟环境中的机器人进行编程。它充分利用了计算机图形学的成果，建立机器人及其工作环境的模型，再利用一些规划算法，通过对图形的控制和操作，在离线的情况下进行编程。离线编程的主要优点如下：

1）减少机器人不工作时间。

焊接机器人变位机

2）改善了编程环境，使编程者远离危险的工作环境。

3）提高了编程效率与质量，可适用高级语言对复杂任务进行编程。

4）便于和CAD系统集成，实现CAD/CAM/Robotics一体化。因此，离线编程能够提高工作效率和工作质量，这是今后应用和发展方向。